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Dr. Matthias Rief - Heinz Maier-Leibnitz-Preisträger 2000

Laudatio von Prof. Dr. Jürgen Mlynek, Vizepräsident der DFG

30 Jahre alt, Department of Biochemistry, Stanford University, Kalifomien

Herr Dr. Matthias Rief studierte Physik an der Technischen Universität München und promovierte bei Hermann Gaub an der Ludwig-Maximilians Universität in München über Raster-Sonden Mikroskopie an polymeren Einzelmolekülen. Seit Herbst letzten Jahres arbeitet Herr Rief mit Unterstützung der DFG als Postdoktorand an der Stanford University an der Implementierung optischer Pinzetten zur Messung molekularer Wechselwirkungen.

Herr Rief ist ein "Kraftprotz": er "haut den Lukas"! Sein Hammer ist aber extrem klein, vergleichbar mit der Größe eines menschlichen Haares, und er haut auch nicht auf eine große Waage, sondern auf einzelne Moleküle. Er ist kein kilo-, sondern ein " Nano-Kraftprotz"!

Worum geht es bei den Riefschen Arbeiten?

Üblicherweise werden die Eigenschaften von Molekülen im Ensemble (viele Milliarden) studiert, um danach auf die einzelnen Moleküle zurückzuschließen. Dabei werden i.a. nur gemittelte Werte gemessen. Entwicklungen in der Nanotechnologie (ein Nanometer ist ein tausenstel Mikrometer und ein millionstel Millimeter) haben es möglich gemacht, einzblne Moleküle direkt zu adressieren und zu vermessen. Das Forschungsinteresse von Herrn Rief gilt dabei der Mechanik einzelner Biomoleküle.

Die Geburtsstunde der Kraftmikroskopie schlug 1986: damals konnten Gerd Binnig und Mitarbeiter zeigen, dass die Oberfläche eines Kristalls mit einer feinen Spitze auf einem Federbalken abgetastet werden und dabei aus der Durchbiegung des Federbalkens die Kristalloberfläche mit atomarer Auflösung abgebildet werden kann. Heute ist es durch Weiterentwicklung dieser Technik möglich geworden, Oberflächen von fester Materie auf atomarer Skala zu verändern und zu manipulieren. Man kann also - wie der Nobelpreisträger Heinrich Rohrer einmal sagte - heutzutage "mit einzelnen Atomen und Molekülen Fußball spielen". Dadurch ist auch eine neue Brücke von der Physik zur makromolekularen Chemie bis hin zur Biologie entstanden. Nüt den Methoden der Kraftmikroskopie lassen sich mittlerweile die mechanischen Kräfte an einzelnen Aktin- und Myosin-Molekülen, den kleinsten Bausteinen unserer Muskelzellen, messen. Die Umsetzung chemischer Energie in Arbeit in diesen motorproteinen oder krafterzeugenden Molekülen ist trotz ihrer großen Bedeutung für die Bewegung in der Natur erst teilweise verstanden.

Die hier in Umrissen beschriebene Nanotechnologie in Verbindung mit Biomolekülen ist die "Spielwiese" von Herrn Rief Er hat dazu in den letzten Jahren eine Technik, die Einzelmolekül-Kraftspektroskopie, entwickelt mit der es möglich ist, einzelne Moleküle zwischen zwei Oberflächen einzuspannen, sie zu dehnen und dabei ihre elastischen Eigenschaften zu messen. Mit der von ihm entwickelten Apparatur konnte er beispielsweise an Einzelmolekülen durch die Dehnung der Polymerketten induzierte Konformationsänderungen direkt detektieren. Dieses für Biopolymere scheinbar universell anwendbare Verfahren gestattet es ihm, Polysaccharide, Proteine und DNA in molekularen Details zu untersuchen, die bis dahin weitgehend unzugänglich waren.

Herr Dr. Matthias Rief erhält den Heinz Maier-Leibnitz-Preis 2000 für seine herausragenden Leistungen bei der Entwicklung und Anwendung.